Demonstration af bebudet tre-foton sammenfiltring på en fotonisk chip
Fotoniske kvantecomputere er beregningsværktøjer, der udnytter kvantefysikken og bruger lyspartikler (dvs. fotoner) som enheder for informationsbehandling. Disse computere kunne i sidste ende overgå konventionelle kvantecomputere med hensyn til hastighed, mens de også transmitterer information over længere afstande.
På trods af deres løfte har fotoniske kvantecomputere endnu ikke nået de ønskede resultater, delvist på grund af den iboende svage interaktion mellem individuelle fotoner. I et papir offentliggjort i Physical Review Letters , viste forskere ved University of Science and Technology i Kina en stor klyngetilstand, der kunne lette kvanteberegning i et fotonisk system, nemlig tre-fotonsammenfiltring.
"Fotonisk kvanteberegning lover på grund af dens operationelle fordele ved stuetemperatur og minimal dekohærens," fortalte Hui Wang, medforfatter af papiret, til Phys.org.
"Den iboende udfordring ligger imidlertid i den svage interaktion mellem enkelte fotoner, der hindrer realiseringen af deterministiske to-qubit-gates, der er afgørende for skalerbarhed. For at løse dette problem er begreberne fusion og perkolation dukket op i løbet af de sidste to årtier inden for vores felt. "
Tidligere undersøgelser tyder på, at fusion og perkolation kunne være skalerbare tilgange til at realisere kvanteberegning i fotoniske systemer uden behov for deterministiske sammenfiltringsporte, såsom dem, der kræves af superledende qubits og fangede ioner. Som en del af deres undersøgelse anvendte Wang og hans kolleger en strategi, der indebærer at fusionere små ressourcetilstande, såsom den bebudede 3-GHZ-tilstand, de demonstrerede, til storskala-klyngetilstande, der er egnede til at realisere målebaseret kvanteberegning.
"Perkolationssætningen dikterer, at succes er opnåelig, hvis successandsynligheden for fusionsgate overstiger en specifik tærskel," sagde Wang.
"I denne ramme involverer den indledende fase generering af den nødvendige ressourcetilstand, hvor den mindste væsentlige tilstand er tre-foton Greenberger-Horne-Zeilinger (3-GHZ). To primære metoder findes til deterministisk 3-GHZ tilstandsgenerering:( i) at bruge enkelt-foton-emittere som kvanteprikker, som selvom de er teoretisk deterministiske, står over for effektivitetsbegrænsninger med nuværende teknologier og (ii) næsten-deterministisk genererer sammenfiltrede klynger på en bebudet måde, hvilket muliggør øjeblikkelig validering af succes uden at forstyrre måltilstanden."
Af de to metoder, der genererer en 3-GHZ-tilstand, ser den næsten-deterministiske generation af sammenfiltrede klynger på en bebudet måde i øjeblikket ud til at være den mest lovende. Ved at anvende denne metode var forskerne i stand til denne tilstand fra en enkelt-fotonkilde i en fotonisk chip.
Deres arbejde er en væsentlig milepæl på vejen mod at realisere fejltolerant fotonisk kvanteberegning. Specifikt kunne deres indsats fremskynde udviklingen af optiske kvantecomputere i stor skala, der er afhængige af 3-GHZ-tilstande til at behandle kvanteinformation.
"Vores eksperimentelle opsætning kræver seks enkelte fotoner til injektion i et 10-mode passivt interferometer," forklarede Wang.
"Vores implementering bruger en InAs/GaAs kvanteprik som enkeltfotonkilden. Bemærker, at dette er den avancerede enkeltfotonkilde blandt alle fysiske systemer. Det programmerbare interferometer, hentet fra Quix, demonstrerer en samlet effektivitet på 50 % Ved anvendelse af en specifik enhedstransformation manifesterer den resulterende outputtilstand sig på tværs af porte 1-6 som en dobbelt-skinnekodet indvarslet 3-GHZ-tilstand, betinget af detektering af enkelte fotoner i begge porte og i kun én af porte."
Den første rapport om bebudede enkeltfotoner går tilbage til 1986, mens de første bebudede sammenfiltrede fotonpar blev realiseret i 2010. Det nylige arbejde af Wang og hans samarbejdspartnere bygger på disse tidligere fremskridt og demonstrerer en stor klyngetilstand, der kunne spille en nøglerolle i muliggør fejltolerant, målebaseret kvanteberegning ved hjælp af fotoniske chips.
Det er bemærkelsesværdigt, at papiret blev offentliggjort omkring samme tid som to relaterede undersøgelser fra andre hold, omtalt i Physical Review Letters og Naturfotonik , som samlede andre imponerende resultater. Samlet tyder denne udvikling på, at vi bevæger os tættere på den effektive realisering af fejltolerante fotoniske kvantecomputere.
"I en overskuelig fremtid er det inden for rækkevidde at opnå en demonstration af en fusionsport, der overgår perkolationstærsklen ved hjælp af otte enkeltfotoner," tilføjede Wang.
"Med udgangspunkt i succesen med den bebudede 3-GHZ-tilstand, der præsenteres i denne undersøgelse, kan flere 3-GHZ-ressourcetilstande sammensmeltes for at danne en mere omfattende sammenfiltret tilstand. Desuden udforskningen af storstilet indviklet tilstandsgenerering på integrerede kvanteoptiske platforme er i gang."
Flere oplysninger: Si Chen et al., Bebudet Three-Photon Entanglement fra en Single-Photon Kilde på en Photonic Chip, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.130603. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.02189
Journaloplysninger: Naturfotonik , Physical Review Letters , arXiv
© 2024 Science X Network
Varme artikler
-
Forskere demonstrerer laser direkte kortlægning af attosekunds elektrondynamikFigur (a) laserkortlægning af attosekunds elektrondynamik (b) faserum og vinkelfordelinger (c) af elektroner udsendt fra et plasmaspejl med forskellige ejektionstider i forhold til toppen af den ref -
Ny undersøgelse præsenterer multiferroicitet i atomare Van der Waals heterostrukturerFigur 1. Van der Waals Cr2Ge2Te6/In2Se3 heterostruktur og magnetoelektrisk kobling. Kredit:UNIST Multiferroics er defineret som materialer, der samtidigt udviser ferromagnetisme og ferroelektricit -
Magnetiske monopoler får en akustisk debutKredit:University of Oxford University College Cork (UCC) og University of Oxford Professor i fysik, Séamus Davis, har ledet et team af eksperimentelle fysikere i opdagelsen af den magnetiske st -
Gratis onlineværktøj beregner risikoen for COVID-19-overførsel i dårligt ventilerede rumFarvelagt scanningselektronmikrofotografi af en celle (blå) stærkt inficeret med SARS-CoV-2-viruspartikler (rød), isoleret fra en patientprøve. Billede taget på NIAID Integrated Research Facility (IRF
- Virkelig tilfældige netværk
- Lyt, svar, sig undskyld:Madleverancekunder afslører, hvordan man laver det lige efter fejl i servic…
- NASA Langley-forskere er på vej til Arktis. Her er hvorfor det betyder noget.
- Forstå hvordan celler reagerer på nanopartikler
- Hvert måltid spist anslået til at koste planeten 10 kilo tabt muldjord
- New Horizons foretager den første opdagelse af Kuiper Bælt-mål